Giáo trình di truyền học part 4 pdf

72 2.17B). Sau đó, ribosome lập tức chuyển dịch sang một codon mới dọc theo mRNA theo chiều 5'→3' (hình 2.17C). Phản ứng này đẩy phân tử tRNA tự do vốn ở vị trí P ra ngoài; lúc này peptidyl-tRNA nằm ở vị trí P và vị trí A lại để trống. Một chu kỳ dịch mã mới lại bắt đầu, một aminoacyl-tRNA thứ ba đi vào và khớp anticodon của nó với codon đang để trống ở vị trí A, một liên kết peptide thứ hai được hình thành, và ribosome lại dịch chuyển sang codon kế tiếp. Quá trình nói trên cứ diễn ra một cách tuần tự dọc theo mRNA làm cho chuỗi polypeptide dài dần ra cho đến dịch mã xong codon có nghĩa cuối cùng. Kết thúc (termination): Quá trình tổng hợp polypeptide sẽ dừng lại khi codon kết thúc của mRNA đối diện với vị trí A. Lúc này nhân tố giải phóng RF (release factor) đi vào (Hình 2.17D); chuỗi polypeptide được tách ra và phóng thích cùng với hai tiểu đơn vị ribosome cũng như tRNA ra khỏi mRNA. Ë Lưu ý: (1) Thực ra, trên một mRNA có rất nhiều ribosome cùng hoạt động, gọi là polysome, tạo ra nhiều polypeptide giống nhau. (2) Trên nguyên tắc, amino acid mở đầu sẽ được cắt bỏ khỏi chuỗi polypeptide. Tuy nhiên, ở các eukaryote không phải lúc nào amino acid mở đầu này cũng bị tách bỏ, mà trong một số protein nó vẫn được giữ lại. (3) Sau tổng hợp, các chuỗi polypeptide sẽ được sửa đổi và chuyển sang các bậc cấu trúc cao hơn để trở thành các protein chức năng. Thực ra sự biến đổi sau dịch mã còn có các chaperone và nhiều cơ chế tác động phức tạp khác nữa. Hình 2.18 Vi ảnh điện tử chỉ ra tính đồng thời của hai quá trình phiên mã và dịch mã ở tế bào vi khuẩn (Nguồn: Kimball 2004). (4) Tham gia vào các bước mở đầu, kéo dài và kết thúc còn có các yếu tố protein, với tên gọi tương ứng là các nhân tố mở đầu, kéo dài, và giải phóng cùng với ATP, GTP và các ion Mg 2+ , K + và NH + 4 . (5) Trong các tế bào prokaryote, các ribosome và các aminoacyl-tRNA sẽ bám vào đầu 5' của mRNA để bắt đầu quá trình dịch mã trong khi ở đầu 73 3' của nó quá trình phiên mã đang còn tiếp diễn. Ngược lại, ở các tế bào eukaryote, các pre-mRNA phải trải qua sửa đổi sau phiên mã ở trong nhân, còn dịch mã diễn ra sau đó trong tế bào chất (Hình 2.18). (6) Về RNA đối nghĩa (antisense RNA), đây là loại RNA thấy có ở nhiều hệ thống, nhưng rất phổ biến ở các vi khuẩn. Nó được tổng hợp từ sợi đối nghĩa của gene, nên bổ sung với mRNA và có thể tạo thành một sợi kép với nó để gây kìm hãm dịch mã. Vì vậy RNA đối nghĩa còn được gọi là RNA bố sung gây nhiễu mRNA, và được ứng dụng hiệu quả trong điều trị ung thư. Câu hỏi và Bài tập 1. Mô hình Watson-Crick cho phép giải thích các kết quả của Chargaff như thế nào và gợi ý khả năng tự tái bản của DNA ra sao? 2. Thế nào là nguyên tắc bổ sung? Nguyên tắc này được biểu hiện như thế nào trong các cơ chế di truyền ở cấp độ phân tử? và có ý nghĩa gì? 3. Phân tích vai trò các enzyme và cơ chế tái bản DNA ở prokaryote. 4. Phân tích đặc điểm cấu trúc của RNA polymerase, promoter và cơ chế phiên mã ở prokaryote. 5. Nêu vai trò của các yếu tố tham gia vào quá trình sinh tổng hợp protein của tế bào và giải thích cơ chế dịch mã dựa trên sự tương tác giữa các aminoacyl~tRNA, mRNA và ribosome. 6. Bằng thực nghiệm vấn đề mã di truyền đã được giải quyết như thế nào? Phân tích các đặc tính của mã di truyền và cho ví dụ. 7. Phân tích sự phù hợp giữa cấu trúc và chức năng của các loại RNA. 8. (a) Hàm lượng GC của DNA phage T3 là 53%. Bạn sẽ kỳ vọng hàm lượng G+C của mRNA T3 ra sao? (b) Nếu biết được hàm lượng purine của DNA phage T3 và không biết mạch nào làm khuôn, có thể dự đoán hàm lượng purine của mRNA T3 hay không? Tại sao, hoặc tại sao không? 9. Nếu sử dụng các phân tử mRNA nhân tạo có thành phần gồm các cụm gồm ba hoặc bốn nucleotide lặp lại dưới đây để tiến hành tổng hợp protein in vitro, thành phần amino acid thu được từ các polypeptide sẽ như thế nào? Có trường hợp nào không tổng hợp được protein? Tại sao? (a) (UUC) n ; (b) (UAC) n ; (c) (GAUA) n ; (d) (GUAA) n . 10. So sánh cấu trúc của một gene và bản sao RNA tương ứng của nó ở các prokaryote và eukaryote. 74 Tài liệu Tham khảo Tiếng Việt Phạm Thành Hổ. 2000. Di truyền học. Tái bản lần II, NXB Giáo Dục. Hoàng Trọng Phán. 1995. Một số vấn đề về Di truyền học hiện đại (Tài liệu BDTX cho giáo viên THPT chu kỳ 1993-1996). Trường ĐHSP Huế. Hoàng Trọng Phán. 1997. Di truyền học Phân tử. NXB Giáo Dục. Tiếng Anh Bastia D, Manna AC, Sahoo T. 1997. Termination of DNA replication in prokaryotic chromosomes. In: Genetic Engineering, Vol. 19. (Setlow JK Ed.) pp 101-119. Plenum Press, New York, USA. Cambridge Healthtech Institut. 2005. Gene Definition; RNA Glosary. http://www.healthtech.com Charlebois, R. 1999. Organization of the Prokaryotic Genome. ASM Press, Washington, D.C. Chen C. 1996. www.ym.edu.tw/ig/cwc/end_troubles/End_Troubles.html Cole, S., and I. Saint-Girons. 1999. Bacterial genomes - all shapes and sizes. In R. Charlebois (ed.), Organization of the prokaryotic genome, pp. 35-62. ASM Press, Washington DC. Cooper DN. 2004. Gene structure, function and expression. www.cardiff.ac.uk/medicine/medical_genetics/study/medical_teaching/ DOE Microbial Genome Program Report. 2005. http://www.www.ornl.gov/hgmis/publicat/microbial/13doeproj.html Greider CW and Blackburn EH. 1996. Telomere, Telomerase and Cancer. Scientific American, 2/96, p.92: < http://www.genethik.de/telomerase.htm > Kelman Z, O'Donell M. 1994. DNA replication: enzymology and mechanisms. In: Current Opinion in Genetics & Development (Stillman B and Green M, eds.),Vol.4(2): 185-195. Current Biology Ltd, UK. Kimball J. 2004. http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/ Kobryn K, Chaconas G. 2001. The circle is broken: telomere resolution in linear replicons. Curr Opin Microbiol. 4(5): 558-564. Lewin B. 1999. Genes VI. Oxford University Press, Oxford. Miller, J. 1992. A short course in bacterial genetics handbook. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY. Peterson, S., and C. Fraser. 2001. The complexity of simplicity. Genome Biology 2: 1-8. 75 Russell PJ. 2003. Essential Genetics. Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc, Menlo Park, CA. Maloy, S. 2006. Microbial Genetics. http://www.sci.sdsu.edu/~smaloy/MicrobialGenetics/other-bacteria.html Suwanto, A and S. Kaplan. 1992. Chromosome transfer in Rhodobacter sphaeroides: Hfr formation and genetic evidence for two unique circular chromosomes. J. Bacteriol. 174: 1135-1145. TIGR Microbial Genome Database.2005. http://www.tigr.org/tdb/mdb/mdbcomplete.html Trucksis et al. 1998. The Vibrio cholerae genome contains two unique circular chromosomes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 95: 14464-14469. Volff, J N., and J. Altenbuchner. 2000. A new beginning with new ends: linearisation of circular chromosomes during bacterial evolution. FEMS Microbiol. Lett. 186: 143-150. Weaver RF, Hedrick PW. 1997. Genetics. 3 rd ed, McGraw-Hill Companies, Inc. Wm.C.Browm Publishers, Dubuque, IA. Yang CC, Huang CH, Li CY, Tsay YG, Lee SC, Chen CW. 2002. The terminal proteins of linear Streptomyces chromosomes and plasmids: a novel class of replication priming proteins. Mol Microbiol . 43(2): 297-305. 76 Chương 3 Điều hoà Biểu hiện Gene ở Vi khuẩn Ở chương trước, chúng ta đã tìm hiểu cấu trúc và các cơ chế hoạt động của gene - phiên mã và dịch mã. Tuy nhiên, trên thực tế, các gene không tồn tại riêng rẽ và hoạt động như những thực thể biệt lập, với một cường độ ổn định. Trái lại, giữa các gene trong bộ gen có sự kiểm soát lẫn nhau và sự hoạt động của chúng còn phụ thuộc vào các điều kiện môi trường cụ thể. Có thể nói rằng bộ gene của tế bào là một hệ thống mở có khả năng tự điều chỉnh, đảm bảo sự hoạt động của các gene diễn ra hợp lý trước điều kiện cụ thể của môi trường (trong quá trình phát triển cá thể). Trong chương này, chúng ta sẽ tìm hiểu một số cơ chế điều hoà biểu hiện của các gene liên quan tới sự chuyển hoá ở vi khuẩn: (i) Các nguyên lý điều hoà; (ii) Mô hình operon; (iii) Điều hoà âm tính của các operon cảm ứng - lac operon; (iv) Điều hoà âm tính của các operon ức chế - trp operon; (v) Điều hoà dương tính lac operon; (vi) Sự kết thúc phiên mã sớm ở trp operon; (vii) Sự tự điều hoà; và (viii) Điều hoà ở mức dịch mã. I. Các nguyên lý điều hoà Cho đến nay, các cơ chế điều hoà được hiểu rõ nhất là các cơ chế được sử dụng bởi các vi khuẩn và phage. Trong các hệ thống này, hoạt động điều hoà mở-đóng (on-off regulatory activity) xảy ra thông qua kiểm soát sự phiên mã ở chỗ: sự tổng hợp một mRNA (mở) cụ thể chỉ xảy ra khi sản phẩm của gene được cần đến và bị kìm hãm (đóng) khi sản phẩm này không thực sự cần đến. Đó chính là cơ chế liên hệ ngược (feed-back). Trong trường hợp sau, nói cho đúng là sự phiên mã diễn ra rất thấp, với một ít sản phẩm gene có mặt. Ở các vi khuẩn, khi một vài enzyme hoạt động theo một trình tự trong một con đường chuyển hoá thì thường hoặc là tất cả các enzyme này được sinh ra hoặc không. Hiện tượng này gọi là điều hoà phối hợp (coordinate regulation), do mRNA của các prokaryote thuộc kiểu polycistron. Một số cơ chế diều hoà phiên mã có tính phổ biến; một cơ chế cụ thể được sử dụng thường phụ thuộc vào các enzyme được điều hoà hoạt động trong các con đường chuyển hóa thuộc kiểu phân giải (dị hoá) hay tổng hợp (đồng hoá). Chẳng hạn, trong một hệ thống phân giải nhiều bước thì sự có sẵn các phân tử để phân giải thường xác định việc tổng hợp các enzyme trong con đường chuyển hoá đó. Trái lại, trong con đường sinh tổng hợp, sản phẩm cuối của con đường chuyển hoá này thường đóng vai trò là phân tử điều hoà. Ngay cả trong một hệ thống mà trong đó một phân 77 tử protein (không nhất thiết phải là một enzyme) được dịch mã từ một mRNA monocistron, protein đó có thể tự điều hoà (autoregulated) - nghĩa là, bản thân nó có thể kìm hãm sự khởi đầu phiên mã và nồng độ cao của protein này sẽ khiến cho tổng hợp mRNA của nó ít lại. Các cơ chế phân tử đối với mỗi một kiểu điều hoà sai khác nhau rất lớn nhưng thường rơi vào một trong hai tiêu chí chính yếu sau: điều hoà âm tính (negative regulation) và điều hoà dương tính (positive regulation). Trong hệ thống được điều hoà theo kiểu âm tính, chất ức chế (inhibitor/ repressor) có mặt trong tế bào và gây cản trở phiên mã. Một chất đối lập của chất ức chế, gọi chung là chất cảm ứng (inducer), cần thiết cho sự khởi đầu phiên mã. Trong hệ thống được điều hoà theo kiểu dương tính, phân tử hiệu ứng (có thể là một protein) kích hoạt vùng khởi động (promoter) làm tăng cường hiệu quả phiên mã. Cần lưu ý rằng, sự điều hoà âm tính và dương tính không phải loại trừ lẫn nhau, và một số hệ thống được điều hoà theo cả hai cách này bằng cách sử dụng hai chất điều hoà để đáp ứng với các điều kiện khác nhau trong tế bào. Một hệ thống phân giải có thể được điều hoà hoặc dương tính hoặc âm tính. Trong con đường sinh tổng hợp, sản phẩm cuối cùng thường điều hoà âm tính sự tổng hợp của riêng nó; ở kiểu điều hoà âm tính đơn giản nhất, sự vắng mặt của sản phẩm này làm tăng cường sự tổng hợp ra nó và sự có mặt của sản phẩm lại làm giảm mức tổng hợp của nó. Các phương thức điều hoà ở các prokaryote rõ ràng là đơn giản hơn và được hiểu rõ hơn so với ở các eukaryote, mặc dù lượng thông tin có được về các hệ thống eukaryote đang được tích luỹ với một tốc độ phi thường. II. Mô hình Operon Phần lớn các gene trong bộ gen vi khuẩn được tổ chức thành các đơn vị hoạt động chức năng đặc trưng, gọi là các operon. Các gene cấu trúc trong một operon được điều hoà chung trong quá trình chuyển hoá một hợp chất nhất định của tế bào. Lần đầu tiên vào năm 1961, Francois Jacob và Jacques Monod (France) đề xuất giả thuyết operon để giải thích sự điều hoà quá trình sinh tổng hợp protein ở vi khuẩn - các enzyme tham gia vào con đường hấp thụ và phân giải đường lactose - operon lactose (lac operon). Đây là operon được nghiên cứu kỹ nhất cho đến nay (Hình 3.1). Operon là đơn vị tổ chức và hoạt động gene đặc trưng của các bộ gene prokaryote; nó là một phức hợp liên kết chặt chẽ giữa vùng khởi động (promoter) cùng với yếu tố chỉ huy (operator) và nhóm gene cấu trúc do yếu tố này trực tiếp kiểm soát. (Vì vậy nó được gọi là operon). Tham gia vào điều hòa hoạt động của một operon gồm có bốn yếu tố 78 thuộc hai thành phần chính: (i) các locus cấu trúc (structural loci) và (ii) các locus điều hòa (regulatory loci); trong đó nhóm sau bao gồm yếu tố chỉ huy (operator), vùng khởi động (promoter) và gene điều hòa (regulator gene). (a) (b) (c) lac I P O promoter - operator lac repressor lac Z lac Y lac A β-galactosidase permease acetylase LACTOSE GLUCOSE + GALACTOSE β-galactosidase Hình 3.1 (a) Nhiễm sắc thể E. coli với vị trí tương đối của các operon khác nhau. (b) Cấu trúc phân tử đường lactose; và (c) mô hình operon lactose và chức năng của nó - sản sinh các enzyme hấp thụ và phân giải đường lactose. - Một nhóm các gene cấu trúc (structural genes) liên quan với nhau về mặt chức năng xếp cạnh nhau, khi phiên mã sẽ tạo ra một phân tử mRNA chung gọi là mRNA đa cistron (polycistronic mRNA). Các enzyme được dịch mã từ một mRNA này sẽ tham gia vào quá trình chuyển hoá (đồng hoá hoặc dị hoá) cụ thể, một chuỗi các phản ứng sinh hoá gồm nhiều khâu nối tiếp hoặc có quan hệ dạng lưới phức tạp. - Một yếu tố chỉ huy (operator = O): trình tự DNA nằm kế trước nhóm gene cấu trúc, là vị trí tương tác với chất ức chế. - Một vùng khởi động (promotor region = P): trình tự DNA nằm trước yếu tố chỉ huy và có thể trùm lên một phần hoặc toàn bộ vùng này, là vị trí bám vào của RNA polymerase để có thể khởi đầu phiên mã tại vị trí chính xác ở sợi khuôn. - Một gene điều hoà hay còn gọi là gene ức chế (regulatory/ inhibitory 79 gene = R/I): Gene này sinh ra loại protein điều hoà gọi là chất ức chế (repressor) điều hòa hoạt động của nhóm gene cấu trúc thông qua sự tương tác với yếu tố chỉ huy. Mặc dù mỗi gene điều hòa có một vùng khởi động riêng và không có yếu tố chỉ huy, đôi khi người ta vẫn coi chúng là một operon điều hòa; gene này sinh ra chất ức chế một cách ổn định. III. Điều hoà âm tính của các operon cảm ứng: lac operon Đại diện cho tất cả các operon của các loại đường di- và polysaccharide (mà vi khuẩn sử dụng như một nguồn cung cấp các hợp chất carbon và năng lượng) là operon lactose ở E. coli. Operon lactose có chức năng sản sinh các enzyme tham gia vào quá trình hấp thụ và phân giải đường lactose (một disacharide) thành galactose và glucose. Nó chỉ hoạt động khi có mặt đường lactose, vì vậy lactose được gọi là chất cảm ứng và lac operon được gọi là operon cảm ứng (inducible) hay operon dị hoá (catabolite). Nói đúng ra, chất cảm ứng là allolactose; lactose (liên kết galactosid dạng β-1,4) bị biến đổi thành chất trung gian trong quá trình thuỷ phân lactose dưới tác dụng của β- galactosidase, gọi là allolactose (liên kết β-1,6). 1. Cấu trúc của lac operon Các thành phần của lac operon ở E. coli như sau (Hình 3.1 và 3.2): lac p romote r và o p e r ato r Phiên mã dừng các khun g đ ọ cmở bảnsao lac lKết thúc Y lKết thúc Z lKết thúc  lMở đầuY lMở đầuZ lMở đầ Sợi DNA khuôn Phiên mã bắt đầu u A Hình 3.2 Cấu trúc chi tiết các vùng khác nhau của operon lactose. - Nhóm các gene cấu trúc bao gồm ba gene: lacZ, lacY và lacA (nói gọn là Z, Y và A); trong đó lacZ mã hoá cho β galactosidase (thuỷ phân lactose), lacY mã hoá cho permease (vận chuyển lactose qua màng) và lacA mã hoá transacetylase (chức năng không rõ ràng; theo ý nghĩa nó không phải là enzyme liên quan trực tiếp đến sự chuyển hoá lactose). - Yếu tố chỉ huy (lac operator) là trình tự DNA dài ~34 cặp base cách 80 gene Z chừng 10 cặp base về phía trước, là vị trí tương tác với chất ức chế. Nó chứa trình tự 24 cặp base đối xứng xuôi ngược, giúp chất ức chế (lac repressor) có thể nhận biết và bám vào bằng cách khuếch tán dọc theo DNA từ cả hai phía. - Vùng khởi động (lac promotor) là đoạn DNA dài chừng 90 cặp base nằm trước và trùm lên lac operator 7 cặp base. Nó chứa hai vị trí tương tác với RNA polymerase và với protein hoạt hoá dị hoá (catabolite activator protein = CAP, hoặc CRP - xem mục V). Điểm khởi đầu phiên mã là vị trí gần cuối của lac promoter. - Gene điều hoà (regulatory gene) nằm trước vùng khởi động, mã hoá một protein ức chế gồm bốn polypeptide giống nhau, gọi là tứ phân (tetramer), đều chứa 360 amino acid. 2. Cơ chế điều hoà âm tính của lac operon Khi trong môi trường nuôi cấy E. coli vắng mặt lactose (allolactose, chất cảm ứng) thì lac operon không hoạt động, nghĩa là các enzyme tham gia hấp thụ và phân giải lactose không được sinh ra. Nguyên nhân là do chất ức chế của operon (lac repressor) vốn tự thân có hoạt tính, bám chặt vào yếu tố chỉ huy (lac operator) và gây kìm hãm sự phiên mã của các gene cấu trúc Z, Y và A (Hình 3.3). Do đó các sản phẩm enzyme của lac operon không được tạo ra; tức biểu hiện âm tính. l ac repressor lac I P lac Z lac Y lac A repressor b KHÔN ám vào operator và ngăncản RNA polymerase bám vào promoter G PHIÊN Mà RNA pol RNA polymerase bị ngăncản không bám được vào promoter (a) (b) Hình 3.3 (a) Chất ức chế bám chặt lac operator gây ức chế phiên mã; (b) Mô hình lac operator (rìa trái) bị bám chặt bởi protein ức chế (rìa phải). Ngược lại, nếu bổ sung lactose vào môi trường thì một thời gian sau vi khuẩn sẽ bắt đầu hấp thụ và phân giải nó, nghĩa là các enzyme liên quan đã được sinh ra. Sự kiện này được lý giải như sau: Chất cảm ứng (inducer), ở đây là allolactose - dạng biến đổi của lactose - tương tác với chất ức chế (repressor) làm biến đổi cấu hình của chất này. Một phân tử allolactose bám vào một tiểu đơn vị của chất ức chế. Vì vậy chất ức chế mất ái lực và không thể bám vào lac operator; nó tách ra khỏi DNA. Lúc 81 này các gene cấu trúc được phiên mã và các enzyme tương ứng được tổng hợp, nhờ vậy vi khuẩn có thể hấp thụ và phân giải đường lactose (Hình 3.4). Lactose vì vậy là tác nhân gây cảm ứng (hoạt hoá) lac operon. Ngoài ra, ITPG (isopropyl thiogalactoside) cũng được dùng như một chất cảm ứng nhưng không phải là tác nhân sinh lý. Hình 3.4 Chất cảm ứng kết hợp với chất ức chế và làm biến đổi hình dáng của nó; chất ức chế vì vậy không bám được vào lac operator. Kết quả là các gene cấu trúc của lac operon được phiên mã tạo ra phân tử mRNA polycistron và các enzyme tương ứng được tổng hợp. Phương thức điều hoà như thế được gọi là điều hoà cảm ứng - âm tính, bởi vì chất ức chế lac operon một khi bám vào lac operator sẽ kìm hãm phiên mã, nghĩa là gây hiệu quả âm tính lên sự biểu hiện của các gene; và hoạt động chức năng của protein này lại phụ thuộc vào chất cảm ứng. Nhờ cơ chế điều hoà kiểu liên hệ ngược này mà vi khuẩn có thể thích ứng để tồn tại và phát triển một cách hợp lý. kh«ng phiªn m· allolactose (chÊt c¶m øng) lac I P lac Z lac Y lac A lac I P lac Z lac Y lac A lac I P lac Z lac Y lac A kh«ng phiªn m· RNA pol O Hình 3.5 Chất ức chế một khi được bám đầy đủ bởi allolactose thì tách khỏi operator khiến cho sự điều hoà âm tính (sự ức chế) được làm dịu bớt, tuy nhiên RNA polymerase vẫn chưa thể tạo thành một phức hợp bền vững với promoter để có thể khởi đầu phiên mã được. [...]... mRNA ny cng cú 8 base uridine (hỡnh 3.10B) Kiu cu trỳc "kp ci túc" ny l tớn hiu kim soỏt kt thỳc phiờn mó prokaryote núi chung Vi kiu cu trỳc c thự on dn u ca trp operon nh vy lm cho nú cú ý ngha quan trng trong iu ho phiờn mó d, ch: (i) tng 91 hp mt peptide dn u cha 14 amino acid; (ii) trờn mRNA ca on peptide ny cha hai codon ca Trp cỏc v trớ 10 v 11; (iii) bn vựng c ỏnh s 1 -4 xy ra s t b sung gia... v 4; v mt s trng hp cú th xy ra s kt cp gia cỏc vựng 2 v 3 Do trong trỡnh t mó húa ca trỡnh t dn u trpL cú hai codon Trp, nờn s dch mó on ny t ra nhy cm vi s lng tRNAtrp a vo Nu mụi trng cung cp y Trp, ribosome trt qua cỏc codon Trp i vo vựng 2 V s cú mt ca ribosome vựng 2 ngn cn vựng ny kt cp vi vựng 3 Khi ú vựng 3 s cp vi vựng 4 v to ra im kt thỳc phiờn mó sm (xy ra sau khi tng hp xong 8 uridine... ti thiu cú lactose nh l ngun dinh dng? Thc cht l ta ang xột s iu ho ca gene lacZ trờn mt episome F' da trờn s sau õy: Cỏc trỡnh t DNA ca Lac operon trờn NST vi khun: Promoter Promoter gene iu ho Gene iu ho Operator Gene -galactosidase t bin Gene -galactoside transacetylase Gene -galactoside permease Cỏc trỡnh t DNA ca Lac operon trờn episome F': Gene -galactosidase kiu di õy, cỏc t bo ny xy ra kiu... ho bỡnh thng v chuyn hoỏ lactose Trỡnh t DNA gm Plac O+ lacZ+ trờn episome c iu ho bng cht c ch (repressor) v protein hot hoỏ d hoỏ (CAP hay CRP; xem mc V bờn di) c mó hoỏ trờn nhim sc th vi khun IV iu ho õm tớnh ca cỏc operon c ch: trp operon i din cho tt c cỏc operon ca cỏc loi amino acid v cỏc vitamine l operon tryptophan (trp operon; trp c l"trip") E coli Operon tryptophan cú chc nng sn sinh cỏc... hin mt loi protein iu ho dng tớnh cú tờn l protein hot hoỏ d hoỏ (catabolite activator protein = CAP) cng gi l protein tip nhn / bỏm cAMP (cyclic AMP receptor / binding protein = CRP) hay protein bỏm cAMP CAP gm hai tiu n v ging nhau gi l homodimer (Hỡnh 3.8b); nú ch hot ng khi mụi trng ni bo cú hm lng cAMP cao Trong trng hp ú, cAMP kt hp vi CAP to thnh phc hp CAP-cAMP v lm tng ỏi lc ca CAP i vi promoter... Hỡnh 3.10 Cu trỳc ca on dn u - TrpL (a) v vựng kt thỳc phiờn mó sm - trp attenuator vi uụi 3' gm 8 uridine (b) S kt thỳc phiờn mó sm operon tryptophan l kt qu ca s tng tỏc b sung ni phõn t gia cỏc trỡnh t DNA bờn trong vựng leader ca bn sao RNA Kt qu ca s kt thỳc phiờn mó sm ny to ra mt mRNA cha 140 base (hỡnh 3.10A) Ti vựng u mỳt 3' ca nú xy ra s t b sung on giu GC to thnh mt cu trỳc hỡnh vũng trờn... liờn kt phosphodiester u tiờn (xem mc V) 3 Cỏc th t bin ca lac operon: cỏc gene cu trỳc, operator, gene iu ho v promoter 3.1 Cỏc t bin cỏc promoter v operator Núi chung, cỏc t bin cỏc vựng kim soỏt, chng hn cỏc promoter v operator, thng ch nh hng lờn DNA m chỳng khu trỳ; cỏc t bin ny khụng tỏc ng lờn cỏc vựng nh khu trờn cỏc phõn t DNA khỏc (khi nũi vi khun xột n l th lng bi mt phn, merodiploid) Chỳng... ri sau ú xột gp chung vi nhau Operon "trờn" (trc) s khụng bao gi to ra RNA bi vỡ promoter b sai 83 hng DNA "di" (sau) lỳc no cng to ra RNA vỡ cht c ch b sai hng Xột chung cho thy DNA "trờn" cú th to ra cht c ch bỡnh thng cú th bỏm vo c hai operator Vỡ vy, nũi vi khun ny cú operon c iu ho Vớ d 4: Bõy gi ta th xột kiu hỡnh ca cỏc t bo lng bi (mt phn) i vi gene lacI qua tỡnh hung sau Mt nũi E coli m lac... uridine ngay sau vựng 4) Khi s lng tRNATrp a vo khụng y , s dch mó on dn u dng li t ngt cỏc codon Trp ca nú iu ny ngn cn ribosome tin vo vựng 2, do ú vựng ny s cp vi vựng 3 gõy cn tr vic to thnh cu trỳc phiờn mó d (trp attenuator) Kt qu l phõn t mRNA a cistron ca operon tryptophan c to thnh mt cỏch y Operon eukaryote - mt ngoi l thỳ v! Khỏc vi tt c cỏc eukaryote, Caenorhabditis elegans v cú l c... ho õm tớnh i vi lac operon v trp operon T ú cho bit ý ngha ca cỏc c ch iu ho ny 3 Hóy gii thớch cỏc tỡnh trng úng-m ca lac operon di cỏc iu kin sau õy v cho cỏc hỡnh v minh ho: (a) ch cú glucose; (b) ch cú lactose; (c) khụng cú cht ng no c; v (d) cú c glucose v lactose 4 So sỏnh cu trỳc ca mt gene v bn sao tng ng ca nú cỏc vi khun ngy nay (eubacteria) v cỏc du hiu sau bng cỏch tr li Cú hoc Khụng: . 74 Tài liệu Tham khảo Tiếng Việt Phạm Thành Hổ. 2000. Di truyền học. Tái bản lần II, NXB Giáo Dục. Hoàng Trọng Phán. 1995. Một số vấn đề về Di truyền học hiện đại (Tài liệu BDTX cho giáo. 95: 144 64- 144 69. Volff, J N., and J. Altenbuchner. 2000. A new beginning with new ends: linearisation of circular chromosomes during bacterial evolution. FEMS Microbiol. Lett. 186: 143 -150 35-62. ASM Press, Washington DC. Cooper DN. 20 04. Gene structure, function and expression. www.cardiff.ac.uk/medicine/medical_genetics/study/medical_teaching/ DOE Microbial Genome Program Report.